автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Диагностика капельной и ионной компонент лазерного эрозионного факела при напылении тонких пленок

Й04ЫЪ? г '

На правах рукописи УДК 539.23 : 533.9

Хайдуков Евгений Валерьевич

ДИАГНОСТИКА КАПЕЛЬНОЙ И ИОННОЙ КОМПОНЕНТ ЛАЗЕРНОГО ЭРОЗИОННОГО ФАКЕЛА ПРИ НАПЫЛЕНИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК

Специальность: 05.27.03 - «Квантовая электроника»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 1 О К!

Шатура-2010

004610977

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем лазерных и информационных технологий РАН

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, с.н.с. Новодворские Олег Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Низьев Владимир Григорьевич кандидат физико-математических наук, Марусин Николай Владимирович

Ведущая организация: МГУ им. М.В. Ломоносова (Химический факультет)

Защита диссертации состоится « 28 » октября 2010 г. в 1430 часов на заседании диссертационного совета Д 002.126.01 в Институте проблем лазерных и информационных технологий РАН по адресу: 140700, МО г. Шатура, ул. Святоозерская, д.1, Круглый зал.

С текстом автореферата можно ознакомиться на сайте ИПЛИТ РАН по адресу: 11йр:/Ау\ууу. laser.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПЛИТ РАН.

Автореферат разослан «22.» сентября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н., с.н.с.

Дубров В.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена исследованию кинетики разлета капельной и ионной компонент лазерного эрозионного факела при абляции металлов и полупроводников в вакууме, а также разработке устройств квантовой электроники и методов управления процессом импульсного лазерного напыления тонкопленочных материалов, перспективных для улучшения характеристик элементно-узловой базы квантовой электроники.

Актуальность работы. В настоящее время разработка и исследование методов создания новых материалов пониженной размерности диктуется потребностями быстро прогрессирующих современных нанотехнологий. Изучение способов формирования стабильных наноструктур имеет как фундаментальное, так и прикладное значение. Техника импульсного лазерного напыления (ИЛН) является одним из основных инструментов современных нанотехнологий, расширяющая круг материалов, позволяющих совершенствовать устройства квантовой электроники в вычислительной технике и оптических линиях связи. К достоинствам импульсного лазерного напыления как метода получения пленок относятся его универсальность по отношению к материалу, возможность практически исключить наличие посторонних примесей, гибкость метода и возможность контроля в процессе роста пленочных структур [1]. Естественно, что развитие технологии импульсного лазерного напыления невозможно без модернизации используемых и разработки новых приборов квантовой электроники.

Ключевую роль в понимании процесса ИЛН играет исследование эрозионного факела (ЭФ). Разрешенные во времени и пространстве измерения в факеле в процессе его движения от мишени к подложке дают информацию о кинетике осаждаемых частиц, позволяют понять физическую картину процессов, протекающих в ЭФ. Такого рода исследования проводились и ранее, однако, эрозионный факел применительно к процессу ИЛН изучен недостаточно.

Важным параметром в процессе ИЛН является энергия осаждаемых частиц, которая оказывает существенное влияние на процесс роста пленок и определяет их характеристики (тип кристаллической структуры, размер кристаллитов, адгезия и др.) [2]. Разработка эффективного метода управления энергетическим спектром ЭФ позволит решить задачу получения пленок с различными структурными характеристиками от предельно неупорядоченного и даже аморфного состояния до эпитаксиальных пленок с высоким кристаллическим совершенством [3].

Одним из существенных недостатков метода ИЛН является проблема микрочастиц [4]. Наличие в факеле осколков и капель расплава материала мишени, которые попадают и внедряются в растущую пленку, представляет самую большую помеху при использовании ИЛН для создания многослойных специальных материалов для генерации, преобразования и управления излучением в промышленных целях [1].

Разработка технологии лазерного напыления тонких пленок из различных материалов позволяет получить новый технологический процесс создания широкого спектра пленочных структур, как для научных исследований, так и для практических приложений. Однако диапазон использования метода ИЛН для создания крайне разнообразных одно- и многокомпонентных пленок расширяется

значительно быстрее, чем понимание лежащих в основе метода физических аспектов и преодоление присущих этому методу проблем.

Исходя из вышеизложенного, представляется актуальным исследовать характеристики капельной и ионной компонент лазерного эрозионного факела в процессе ИЛН тонкопленочных структур и разработать методы и устройства, позволяющие эффективно управлять характеристиками ЭФ в процессе роста пленок. Целью работы является исследование характеристик ионной и капельной компонент лазерного эрозионного факела в процессе импульсного лазерного напыления, а также разработка метода управления энергией осаждаемых ионов и разработка устройств, предотвращающих попадание капель на пленку в процессе роста, для получения сверхтонких сплошных пленок металлов и полупроводников обеспечивающих создание компонент квантовой электроники.

Для достижения намеченных целей были поставлены следующие задачи:

1. Разработка и создание экспериментальной установки для исследования энергетических и пространственных характеристик капельной и ионной компонент эрозионного факела при лазерной абляции в вакууме металлов и полупроводников, включая исследование режимов генерации используемых лазеров и их влияние на основные процессы, происходящие при напылении.

2. Исследование энергетических и пространственных характеристик ионной компоненты эрозионного факела времяпролетным зондовым методом при абляции 81, Ре, Сг, Мп и 8п излучением первой и второй гармоник УАО:ЫсГ+ лазера и разработка метода управления энергией осаждаемых ионов.

3. Исследование энергетических и пространственных характеристик капельной компоненты эрозионного факела при абляции металлов и полупроводников в вакууме и разработка эффективных методов, позволяющих обеспечить пространственную селекцию капель из эрозионного факела.

4. Разработка и создание лабораторного стенда импульсного лазерного напыления с возможностью управления энергией осаждаемых ионов для получения пленок нанометровых толщин.

5. Определение оптимальных условий получения сверхтонких пленок 81, Сг, Ре, 8п и многослойных тонкопленочных структур Ре/81/"98п/81 с толщиной слоев от 2 нм методом импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах с возможностью управления энергией осаждаемых ионов.

Научная новизна результатов, полученных в ходе выполнения диссертационной работы, состоит в следующем:

1. Экспериментально установлено, что функция распределения капельной составляющей эрозионного факела А1, Ъл, Си, 8п и 81 по скоростям имеет неравновесный характер. В эрозионном факеле присутствуют массивные капли диаметром до 30 мкм, обладающие скоростями, сопоставимыми со скоростями капель значительно меньшего размера.

2. Предложен оригинальный метод механической селекции, позволяющий полностью устранить капельную компоненту из эрозионного факела и осуществлять бескапельное напыление пленок методом импульсного лазерного напыления.

3. Установлено, что при абляции 81, Ре, Сг, Мп и вп излучением первой и второй

гармоник УАО:Ыс13+ лазера ионная компонента эрозионного факела имеет мультимодальное распределение по скоростям. Распределение скоростей в каждой моде хорошо описывается одномерным распределением Максвелла.

4. Установлено, что скорость разлета лидирующей группы ионов эрозионного факела при абляции 51, Ре, Сг, Мп и Бп импульсами с равной энергией излучением первой и второй гармоник УАС:Ш3+ лазера в режиме модуляции добротности обратно пропорциональна квадратному корню из массы иона в широком диапазоне плотностей энергии на мишени от 8 до 40 Дж/см2.

5. Впервые показано, что изменение угла пересечения факелов при использовании метода импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах открывает возможность управления энергией осаждаемых ионов.

6. Впервые предложенным методом импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах с возможностью управления энергией осаждаемых ионов получены сплошные сверхтонкие пленки Би Сг, Ре, Бп, а также многослойные структуры Ре/81/"98п/81 с толщиной слоев от 2 до 15 нм. В тонких пленках Ре впервые наблюдался квантово-размерный эффект изменения проводимости в процессе роста.

7. Экспериментально обнаружена бифуркация периода следования ультракоротких импульсов в лазере на неодимовом стекле в режиме кратковременной резонансной модуляции потерь, что проявляется в удвоении периода следования импульсов.

Практическая значимость работы заключается в разработке и реализации модифицированного метода импульсного лазерного напыления, в котором впервые демонстрируется возможность управления энергетическим спектром осаждаемых частиц в широком диапазоне, что позволяет решить задачу получения пленок и многослойных покрытий с различными структурными характеристиками для расширения элементной базы квантовой электроники. Предложено оригинальное устройство, позволяющее полностью устранить капельную компоненту из лазерного эрозионного факела. Применение такого устройства устраняет попадание микрочастиц на поверхность растущей пленки, что позволяет значительно улучшить морфологию сверхтонких пленок (до 100 нм), получаемых методом импульсного лазерного напыления. Параметры и качество полученных сверхтонких пленок обеспечивают возможность их использования при разработке элементно-узловой базы квантовой электроники. Основные положения, выносимые на защиту:

1. При абляции металлов и полупроводников в вакууме функция распределения капельной составляющей эрозионного факела по энергии имеет неравновесный характер, в эрозионном факеле средняя кинетическая энергия капель разных размеров существенно различается.

2. Ионная компонента эрозионного факела при абляции Ре, Сг, Мп, 8п и имеет мультимодальное распределение по скоростям, причем распределение скоростей в каждой моде описывается одномерным распределением Максвелла.

3. При абляции металлов и полупроводников энергия лидирующей группы ионов эрозионного факела при абляции импульсами с равной энергией Ре, Сг, Мп и 8п обратно пропорциональна квадратному корню из массы ионов.

4. Метод импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах позволяет управлять энергией отклоненного пучка при изменении угла пересечения исходных факелов. Разработанным методом получены сверхтонкие сплошные пленки и многослойные структуры металлов и полупроводников. Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международном форуме по нанотехнологиям, г. Москва, 2008; IX и X Межвузовской научной школе молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине» НИИЯФ МГУ, г. Москва, 2008, 2009; 2 Всероссийской научной школе для молодежи «Концентрированные потоки энергии в индустрии наносистем, материалов и живых систем» МИЭМ, г. Москва, 2009; 2-й международной конференции/молодежной школе-семинаре «Современные нанотехнологии и нанофотоника для науки и производства», г. Владимир, 2009; 17th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT'09), Antalya, Turkey, 2009; X International Conference "Laser and Laser-Information Technologies: Fundamental Problems and Applications" (ILLA'2009), Smolyan, Bulgaria, 2009; X International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro- & Nanotechnologies (FLAMN'10), St. Petersburg-Pushkin, Russia, 2010; The International Conference on Coherent and Nonlinear Optics and The Laser, Applications, and Technologies Conference (ICONO/LAT 2010), Kazan, Russia, 2010; Научных семинарах ИПЛИТ РАН под руководством академика В .Я. Панченко и профессора B.C. Голубева, г. Шатура, 2009-2010.

Работа была выполнена в соответствии с планами работ по программе фундаментальных исследований ОНИТ РАН «Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров, материалы для микро- и наноэлектроники, микросистемная техника, твердотельная электроника» в рамках проекта «Формирование низкоразмерных структур полупроводников и металлов методом импульсного лазерного напыления для устройств наноэлектроники и спинтроники». Работа поддерживалась грантами РФФИ, проекты 09-02-09632-моб_з, 09-02-01298-а, 09-02-00366-а, 09-07-00208-а, 09-08-00291-а, 09-02-12108-офи_м, 09-07-12151 -офи_м.

Достоверность полученных и представленных в диссертации результатов подтверждается использованием апробированных и обоснованных физических методов, работоспособностью созданных установок, а также общим согласованием с результатами других исследователей. Анализ экспериментальных данных проведен с соблюдением критериев достоверности статистических испытаний и физических измерений.

Личный вклад автора. Лазерный напылитсльный стенд создан автором лично. Исследования характеристик лазерного эрозионного факела, проведены автором. Результаты по исследованию лазера на неодимовом стекле и особенностей роста пленок и многослойных структур выполнены совместно с соавторами опубликованных работ. Постановка задач исследований, определение методов их решения и интерпретация результатов выполнены под руководством к.ф.-м.н. Новодворского O.A.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 17 научных работах, в числе которых 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертации, и 2 патента РФ на полезную модель.

Структура п объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Материал работы изложен на 160 страницах, включающих 91 иллюстрацию. Список цитируемой литературы содержит 140 наименований.

Основное содержание диссертационной работы

Во введении обоснована актуальность выбора темы диссертационной работы, формулируется цель и задачи, обсуждается новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, и дано краткое содержание работы по главам.

В главе 1 представлен обзор литературы по теме диссертационной работы. Глава состоит из 4-х параграфов и выводов. В §1.1 проведен анализ литературы по лазерной абляции, основным физическим процессам образования и разлета эрозионного факела. В §1.2 рассмотрена модель углового распределения продуктов абляции. В §1.3 описаны основные достоинства ИЛН в сравнении с другими методами осаждения пленок. Рассмотрены присущие методу ИЛН проблемы. В §1.4 изложены основные методы диагностики лазерного эрозионного факела. Проанализированы достоинства и возможности зондовых времяпролетных исследований для локальной диагностики ЭФ в вакууме. Обоснована возможность применения зондовых методов диагностики для времяпролетных исследований ЭФ в процессе осаждения тонких пленок. Рассмотрены известные методы исследования распределения по скоростям капельной компоненты ЭФ.

Глава 2 посвящена описанию экспериментальной установки, предназначенной для исследования капельной и ионной компонент эрозионного факела, а также для осаждения сверхтонких пленок и многослойных структур.

В §2.1 рассмотрены особенности генерации ультракоротких импульсов в разработанном для ИЛН лазере с кратковременной резонансной модуляцией потерь (КРМП) на неодимовом стекле. Обнаружены бифуркации периода следования ультракоротких импульсов, что проявляется в удвоении периода следования импульсов в области малых расстроек модуляционной частоты и межмодового интервала.

В §2.2 описан созданный для осаждения тонких пленок и диагностики эрозионного факела лазерный напылительный стенд на базе вакуумной установки и разработанных твердотельных лазеров: YAG:Nd3+ и на стекле с неодимом. В вакуумной камере обеспечивалось остаточное давление не хуже 10"6 Topp. Лазерное излучение (Х.=1,06 мкм) с энергией в режиме модуляции добротности до 800 мДж могло преобразовываться в излучение второй гармоники с к.п.д. преобразования -50%.

Для определения времяпролетных характеристик капельной составляющей ЭФ использовался метод осаждения продуктов эрозии на вращающийся диск.

Перпендикулярно оси эрозионного факела устанавливался диск, вращающийся с частотой п, перед которым помещался экран с узкой радиальной щелью. Расстояние Ь между диском и мишенью равнялось расстоянию между мишенью и подложкой при напылении. Запуск лазера синхронизовывался с вращением диска. При смещении диска на определенный угол а на соответствующий сектор его поверхность попадают капли, имеющие скорость:

о =-. (.1;

а

После напыления подсчитывалось количество капель на различных угловых сегментах диска, и определялись функции распределения капель эрозионного факела по скоростям.

Рассмотрены условия применимости зонда Ленгмюра для диагностики эрозионного факела. Основные преимущества зондовой методики: высокая разрешающая способность, непрерывность измерений в течение процесса, простота системы регистрации, возможность контроля непосредственно в процессе роста пленки. Времяпролетный зондовый метод позволяет с высокой точностью определить концентрацию и энергетический спектр заряженных частиц ЭФ. Условия применимости зонда Ленгмюра для диагностики лазерной эрозионной плазмы можно записать в виде (2)-(5):

£>хР»гв, (2)

Т.»т„ (3)

М>К,|, (4)

(5)

где Ь - расстояние от зонда до источника плазмы, хр - размер зонда, Те и 7] -электронная и ионная температура, и - напряжение на зонде, и5!Л - напряжение насыщения ионного тока, с, - кинетическая энергия ионов, кв - постоянная Больцмана. Радиус экранирования гп определяется выражением:

гв[см] * 143^Те1эВ]/п,[см'>], (6)

где «е- концентрация электронов.

Условия (2)-(4) выполняются во всем исследуемом диапазоне экспериментальных параметров, т.к. в эрозионном факеле г0 < 10 мкм, а источник плазмы располагается на расстоянии нескольких сантиметров. Характерный размер зонда хр~ 0,1 мм меньше расстояния от зонда до мишени, в наших экспериментах £ изменялось от 10 до 120 мм. Условие (3) всегда выполняется, т.к. на стадии взаимодействия плазмы с лазерным излучением в первую очередь нагреваются электроны, и уже от них энергия передается более тяжелым ионам, поэтому электронная температура плазмы Те существенно опережает температуру ионов Т\. Выполнение условия (4) обеспечивает работу зонда в области насыщения ионного тока, что позволяет измерить концентрацию заряженных частиц в факеле. Условие (5) определяет незначительность тока вызванного хаотическим тепловым движением ионов.

Созданные диагностические стенды для зондовых исследований эрозионного факела от одной мишени и плазменного пучка, формируемого при пересечении двух эрозионных факелов, представлены на рис. 1.

а 1 , б ч / В

. / '. о

rw*

Рис. 1. Схема зондовых исследований: при абляции одной мишеин - а), двух мишеней - б) и принципиальная электрическая схема зондовых исследований - в). Цифрами обозначены: 1 -излучение лазера, 2 - собирающая линза, 3 - окно вакуумной камеры, 4 - зонд Ленгмюра, 5 -плазма, 6 - мишень, 7 - вакуумный затвор, 8 -турбомолекулярный насос, 9 - вакуумная камера, 10 -экран, 11 - ось факела.

Зонд Ленгмюра длиной 5 мм и диаметром 0,16 мм располагался перпендикулярно оси плазменного пучка. Перемещение зонда в вакуумной камере осуществлялось дистанционно вдоль оси пучка. Потенциал зонда составлял -20 В, что обеспечивало работу зонда в режиме насыщения ионного тока. Ток зонда регистрировался с использованием быстродействующего апалогово-цифрового преобразователя (АЦП) и записывался на ПК. Отсчет времени прихода зарядов на зонд производился от момента генерации лазерного импульса. В схеме пересекающихся факелов угол 0 между осями факелов, которые лежали в одной плоскости, изменялся от 180° до 70°, при угле 180° оси совпадали и факелы разлетались навстречу друг другу. Перпендикулярно биссектрисе угла 0 устанавливался неподвижный экран с отверстием, диаметр которого выбирался так, чтобы исключить прямую видимость точек абляции мишеней с места расположения зонда при изменении угла 0 в указанном диапазоне. Этим исключалось прямое попадание на зонд заряженных частиц от исходных факелов.

Таким образом, разработана и реализована экспериментальная установка позволяющая проводить исследования энергетических и пространственных характеристик капельной и ионной компоненты лазерного эрозионного факела при абляции в вакууме металлов и полупроводников в широком диапазоне экспериментальных параметров. Лазерный напылительный стенд для осаждения тонких пленок реализован в двух модификациях, прямое осаждение с применением скоростного сепаратора и метод пересекающихся факелов, обеспечивающих повышение качества пленки и стабильность ее параметров.

Глава 3 посвящена исследованию энергетических и пространственных характеристик капелыюй и ионной компонент эрозионного факела, в широком диапазоне экспериментальных параметров реализуемых в режимах ИЛИ тонких пленок.

При лазерной абляции продуктами эрозии материала мишени являются заряженные частицы, атомы, а также кластеры и микрочастицы. Наличие микрочастиц (капли расплава и осколки мишени), которые попадают и внедряются в растущую пленку - большая помеха для использования ИЛИ при создании манометровых объектов.

Некоторые микрочастицы обладают значительной энергией и при попадании на поверхность тонкой пленки не только ухудшают морфологию поверхности, но и способны приводить к дефектам.

Были получены времяпролетные кривые (ВПК) капельной составляющей эрозионного факела при абляции монокристаллического кремния излучением первой и второй гармоник твердотельного лазера. На рис. 3 представлены ВПК капельной составляющей эрозионного факела кремния при разных плотностях энергии на мишени. Нуль временной шкалы соответствует моменту абляции мишени.

Рис. 2. СЭМ фотография поверхности пленки ZnO с попавшей на нее микрочастицей ЪпО.

N. мм

Рис. 3. Временное распределение концентрации капель N (мм" ) при абляции мишени кремния излучением первой гармоники твердотельного лазера: а - плотность энергии 12 Дж/см2; б -плотность энергии 58 Дж/см2.

С увеличением плотности энергии распределение частиц по скоростям сужается, а максимальная концентрация существенно возрастает. Начиная с плотности энергии 40 Дж/см2 распределение приобретает бимодальный характер, в области наибольших скоростей появляется дополнительный максимум, который, может быть вызван образованием капель в результате конденсации атомарной составляющей эрозионного факела.

Определялось распределение капель различных размеров по кинетической энергии Ек, которые представлены на рис. 4. Видно, что эти распределения имеют неравновесный по кинетической энергии характер.

При абляции мишеней А1, Ъп, Си и Бп излучением первой гармоники твердотельного лазера получены распределения плотности капель N (мм"2), которые представлены на рис. 5.

£ J

S

О 2 4 б £ 10 12 14

Ек, отн.ед.

Рис. 4. Функции распределения капель различных размеров по кинетической энергии: 1 - размер капель до 1 мкм; 2 -размер капель от 1 до 3 мкм; 3 - размер капель от 3 до 5 мкм.

N. мм"г

i -Zn • - Си

I, мс

Рис. 5. Число капель Ы, попавших на 1 мм2 подложки, в различные моменты времени / при абляции мишеней А1, 7л, Си, Бп.

N. отн.ед.

Рис. 6. Распределение концентрации капель факела кремния по углу разлета (эксперимент, пунктирная кривая) и нормированный профиль толщины пленки (расчет, сплошная кривая).

Были получены ВПК для капель разного размера. Значение кинетической энергии частиц в максимумах распределений для капель разных размеров не совпадают. Распределение капель металлов, как и в случае кремния, по кинетической энергии имеет неравновесный характер.

Угловое распределение капель в факеле является важным параметром в процессе напыления тонких пленок, так как оно определяет плотность микрочастиц на различных участках растущей пленки. Для нахождения интегрального распределения

концентрации капель в поперечном сечении факела мы проводили осаждение продуктов эрозии в вакууме на стеклянную подложку, которая устанавливалась на фиксированном расстоянии от мишени нормально к оси разлетающегося факела. Причем излучение лазера фокусировалось на мишень непосредственно через подложку, что позволило обеспечить близкий к нормали угол падения излучения на мишень. С помощью оптического

ь.ота.сд. микроскопа подсчитывалось количество капель N на различных участках полученной пленки. Для разных значений угла <р, образуемого осью осаждения и отрезком, соединяющим точку абляции с соответствующим положением на подложке, определялись интегральные угловые характеристики капельной составляющей эрозионного факела. На рис. 6 представлено интегральное угловое распределение концентрации капель в поперечном сечении факела и аппроксимация концентрации капель N(<p) (пунктирная кривая) функцией вида:

N(cp) = N„ cos" <р, (7)

где N0 - максимальная концентрация

капель в центре пленки. Сплошной кривой представлен профиль толщины пленки, рассчитанный по модели Анисимова С.И. и Лукьянчука Б.С. [5].

Пятно фокусировки на поверхности мишени имело круглую форму, поэтому экспериментально полученные распределения капель по двум ортогональным осям совпадают. Угловое распределение капель хорошо аппроксимируется функцией вида (7) с показателем степени т = 10. Видно, что в поперечном сечении ЭФ плотность капель уменьшаются от центра к периферии, а угловой профиль толщины полученной пленки и распределение капель в поперечном сечении эрозионного факела различаются незначительно.

Нами было разработано и запатентовано (Патент РФ на полезную модель № 89906) компактное устройство для лазерного напыления с механической сепарацией осаждаемых частиц по скорости, позволяющее полностью устранять капли на растущей пленке. Сепаратор выполнен в виде вращающегося с частотой со диска радиуса Л, расположенного между мишенью и подложкой, с отверстием на краю, имеющим линейный размер й.

Рис. 7. Устройство для лазерного напыления с механической сепарацией осаждаемых частиц по скорости: 1 - импульсный лазер, 2 - лазерное излучение, 3 - объектив, 4 - мишень, 5 -механизм смены мишеней, 6 - плазменный факел, 7 - диск, 8 - лопатка, 9 - привод диска, 10 - подложка, 11 - механизм нагрева и смены подложек, 12 - система синхронизации сепаратора и лазера.

Лазерное излучение фокусируется на мишень, в результате чего образуется эрозионная плазма. Вращение диска и запуск лазера синхронизованы таким образом, что отверстие диска расположено напротив подложки в момент абляции мишени. На краю отверстия по ходу вращения диска установлена лопатка, причем размер лопатки вдоль направления радиуса диска больше размера напыляемой пленки в том же направлении. Так как скорости ионов и атомов превышают скорость капель, то, подбирая скорость вращения диска-сепаратора с лопаткой, можно добиться, чтобы капельная составляющая отсекалась. Скорость отсекаемых частиц будет определяться соотношением:

(8)

с!

где I - расстояние между мишенью и диском, / -линейный размер лопатки.

При исследовании эрозионных факелов тяжелых легкоплавких металлов (олово, свинец), было обнаружено наличие крупных капель, двигающихся со скоростями менее 3 м/с, и применение лопатки, расположенной на краю диска в известной схеме скоростной сепарации частиц, позволяет избежать попадания "медленных" капель на подложку.

Для проверки эффективности работы механического сепаратора были получены пленки с использованием скоростной фильтрации и без нее.

Поверхности полученных пленок изучались с помощью атомно-силового и оптического микроскопов, результаты представлены на рис. 8.

.......................э„, 6

■ ш »• * -' * ^ -

' ¡з • * 4 ; | | | Рис. 8. Фотографии в оптический

»О, 1 | ' микроскоп пленок кремния,

• * I:........: полученных без сепаратора (а) и с

использованием скоростной

^ механической сепарации (б).

Были получены ВПК ионного зондового тока 1(0 на разных расстояниях зонда от мишени и разных энергиях падающего лазерного излучения при абляции 81, Ре, Сг, Мп и 8п. ВПК для ионов имеют один ярко выраженный максимум, с резким

передним фронтом и более пологим задним фронтом, спадающим до нуля примерно за 20 мкс. На рис. 9 демонстрируется эволюция зондовых ВПК при изменении расстояния зонда от мишени на примере марганца.

Наблюдалась прямо пропорциональная зависимость времени прихода переднего фронта сигнала от расстояния зонд-мишень. Для лидирующей группы ионов в факеле скорость разлета не зависит от расстояния до мишени. Полученная нами скорость для лидирующих групп ионов 81, Ре, Сг, Мп и 8п удовлетворяет зависимости ь ~ М> 2, где М ~ атомный вес элемента. Такая зависимость наблюдается при абляции излучением первой и второй гармоникой (рис. 10).

Все полученные нами ВПК ионной компоненты эрозионного факела хорошо аппроксимируются суммой нескольких максвелловских кривых с разными положениями максимумов:

2(1/1)2'

Рис. 9. Зондовые ВПК ионной компоненты эрозионного факела Мп на разных расстояниях Л зонда от мишени.

Рис. 10. Зависимость скоростей разлета ионов 51, Ре, Сг, Мп и 5п от массы иона при абляции: 1 - излучением первой (Х=1,06 мкм, 22 Дж/см2) и 2 - второй (Х=0,53 мкм, 22 Дж/см2) гармониками.

1(1) = КЦ ехр

(9)

где К - коэффициент пропорциональности, V - наиболее вероятная скорость, I -расстояние зонд-мишень, / - время. Так, например, ВПК факела железа на всех измеренных расстояниях зонд-мишень аппроксимируются суммой четырех групп положительно заряженных частиц (рис.11). •

Рис. 11. Экспериментальные ВПК факела от одной мишени и их аппроксимация суммой четырех максвелловских кривых. Толстой сплошной линией обозначена экспериментальная кривая 1, кружками отмечена расчетная кривая 2, представляющая собой сумму

максвелловских кривых 3, 4, 5 и 6.

)

Были получены ВПК отклоненного пучка образованного при пересечении двух факелов (см. рис. 16). Для примера на рис. 12 представлены зондовые ВПК отклоненного пучка, образованного после пересечения факелов олова под углом 90°

между осями исходных факелов на разных положениях зонда.

Времяпролетные кривые

отклоненного пучка характеризуются наличием нескольких максимумов, что подтверждает его многомодовый состав. Амплитуда первого максимума для всех ВПК спадала обратно пропорционально квадрату расстояния. Время прихода максимума ВПК прямо пропорционально расстоянию зонда до области пересечения исходных факелов, что свидетельствует об инерциальном разлете лидирующей группы заряженных частиц отклоненного пучка.

Определено изменение кинетической энергии ионов в отклоненном пучке при изменении угла между осями взаимодействующих факелов. Изменение кинетической энергии лидирующей группы ионов от угла между осями взаимодействующих факелов на примере кремния представлено на рис. 13.

Рис. 12. Пространственная эволюция зондовых ВПК ионной компоненты пучка, образованного при пересечении факелов 5п под углом 90°, I* - расстояние от зонда до точки пересечения осей исходных факелов.

Ш т «и

0,град.

Рис. 13. Зависимость кинетической энергии Е, лидирующей группы ионов отклоненного плазменного пучка от угла 0 между осями взаимодействующих факелов 51: кружки -экспериментальные значения, пунктир -расчетная кривая, треугольник - энергия ионов в исходном факеле 51.

При изменении угла от 170° до 70° между осями факелов энергия

лидирующей группы ионов изменяется от 40 эВ до 370 эВ. На рис. 13 приведено значение энергии лидирующей группы

ионов в исходном факеле до взаимодействия, которое равно 490 эВ,

Предложена модель упруго-неупругого столкновения, когда проекция скорости сталкивающихся ионов, параллельная биссектрисе угла 0 между осями исходных факелов, сохраняется, а проекция скорости, соответствующая лобовому столкновению преобразуется в тепло и во внутренние степени свободы. Тогда кинетическая энергия ионов в отклоненном пучке будет определяться выражением:

£,0,е) = £„(Осо52|, (10)

где Ео(0 - кинетическая энергия ионов до взаимодействия, 0 - угол между осями исходных факелов. На рис. 13 пунктиром приведена расчетная кривая, соответствующая описанной модели. Характер изменения энергии отклоненных ионов хорошо согласуется с предложенной моделью. Количественное различие экспериментальных данных при больших значениях угла 0 связано с наличием дисперсии разлета частиц в исходных факелах. Дополнительное увеличение энергии частиц отклоненного пучка может быть вызвано нагревом области пересечения исходных факелов при неупругих столкновениях.

Таким образом, методом зонда Ленгмюра исследованы энергетические характеристики ионной компоненты эрозионного факела от одной мишени и плазменного пучка, образованного пересекающимися факелами от двух мишеней. Методом осаждения продуктов эрозии на вращающийся диск получены времяпролетные кривые капельной составляющей эрозионного факела. Получено выражение, описывающее угловое распределение капель в поперечном сечении ЭФ. Предложена оригинальная методика позволяющая обеспечить селекцию капель из эрозионного факела. Продемонстрирована возможность управления энергией осаждаемых ионов для получения пленок нанометровых толщин.

Глава 4 посвящена исследованию возможности получения тонких пленок и многослойных структур с помощью разработанных методов и устройств, а также исследованию размерных эффектов проводимости тонких пленок металлов в процессе их роста.

Приведены результаты исследования размерных эффектов в тонких пленках металлов. При осаждении сверхтонких пленок были применены как метод скрещенных пучков, так и метод скоростной механической сепарации. Исследован

размерный эффект статической проводимости тонких пленок Бе и Сг в процессе их роста. На рис. 14 для примера приведено изменение удельного сопротивления пленки железа в процессе роста. Если из экспериментальной кривой удельного сопротивления р вычесть вклад классического размерного эффекта р, то результат будет представлять вклад квантового размерного эффекта в зависимость удельного сопротивления от толщины. На рис.15 представлен такой вклад для пленок Ре. Видна осциллирующая зависимость, с периодом 5,4 нм. Наблюдение квантового размерного эффекта в процессе роста

1ВД00 р 15000 •

и *

*

~ 1Ш ■ »

О

-г ^ 100 ■ . 'О %

У 1Й

О.

с), НМ

Рис. 14. Изменение удельного сопротивления пленки железа в процессе роста.

пленок является доказательством высокого качества пленок (однородность толщины и структуры), полученных методом импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах с возможностью управления энергией осаждаемых ионов.

Анализ морфологии поверхности полученных пленок показал, что шероховатость поверхности пленок Si, Сг, Fe не превышает 1 нм, при толщине пленки моноизотопа "'Sn при различных условиях осаждения. АСМ исследование пленок 1 l9Sn показали зависимость структуры пленки от плотности мощности излучения на мишени и от толщины напыляемой пленки.

Разработанный и запатентованный метод управления энергией осаждаемых частиц (Патент на полезную модель № 93583) позволил получить многослойные

структуры Si/Fe/Si и Si/Fe/Si/Sn/Si для исследования спиновой поляризации электронов

проводимости даже при использовании в качестве аблирующего излучения первой гармоники твердотельного лазера.

На снимке в электронном микроскопе (рис. 16) представлен вид поперечного сечения многослойной пленки из семи последовательных структур

Fe(7i-iM)/Si(3HM), где видна периодическая структура.

Шероховатость поверхности не превышает 1 нм.

Полученные сверхтонкие пленки и многослойные структуры, доказывают эффективность модифицированного метода импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах с возможностью управления энергией осаждаемых частиц.

Основные результаты диссертационной работы: 1. Для импульсного лазерного напыления разработан лазер на неодимовом стекле с кратковременной резонансной модуляцией потерь, обеспечивающий генерацию высокоэнергетичного цуга субнаносекундных импульсов. Исследованы особенности режима кратковременной резонансной модуляцией потерь. Обнаружен режим бифуркации периода следования ультракоротких импульсов, заключающийся в удвоении периода следования импульсов. Эффект наблюдается в области малых расстроек модуляционной частоты и частоты

О 5 10 35 20 25

<1 НМ

Рис. 15. Квантовые осцилляции удельного сопротивления пленок железа.

пленок от 5 нм до 100 нм. Получены

Рис. 16. Вид поперечного сечения многослойной структуры Ре(7нм)/$1(3нм) в электронном микроскопе семь последовательных структур. Вся структура дополнительно была покрыта пленкой золота толщиной 9 нм. Общая толщина многослойной структуры составила 79 нм. Подложка кремния - снизу.

межмодового интервала. Показано, что КРМП-лазер является эффективным инструментом для абляции.

2. Разработана и реализована экспериментальная установка для исследования энергетических и пространственных характеристик капельной и ионной компонент лазерного эрозионного факела при абляции металлов и полупроводников в вакууме.

3. Методом зонда Ленгмюра исследована ионная компонента эрозионного факела, образующегося при лазерной абляции металлических и полупроводниковых мишеней в вакууме. С применением этой методики определены энергетические параметры, пространственная эволюция и угловое распределение ионной компоненты факела. Установлено, что ионная компонента факела имеет мультимодальное распределение по скоростям. Распределение скоростей в каждой моде хорошо описывается одномерным распределением Максвелла. Скорость разлета лидирующей группы ионов эрозионного факела, при абляции мишеней металлов и полупроводников излучением первой и второй гармоник УАС:Ыс13+ лазера в режиме модуляции добротности импульсами с равной энергией, обратно пропорциональна квадратному корню из массы иона в диапазоне плотностей энергии на мишени от 8 до 40 Дж/см2.

4. Методом осаждения продуктов эрозии на вращающийся диск получены времяпролетные кривые капельной составляющей эрозионного факела. Показано, что в разлетающейся лазерной плазме функция распределения капель металлов и полупроводников по кинетической энергии имеет неравновесный характер. Показано, что в эрозионном факеле присутствуют капли до 30 мкм обладающие скоростями сопоставимыми со скоростями капель значительно меньшего размера. Установлено, что при абляции тяжелых легкоплавких металлов (олово, свинец) в эрозионном факеле присутствуют медленные микрочастицы (скорости менее 3 м/с), а для полупроводников (кремний) обнаружено бимодальное распределение микрочастиц по скоростям, которое носит пороговый характер и формируется при плотности энергии на мишени более 40 Дж/см2. Угловое распределение капельной составляющей описывается функцией созпф, где п=9-Н 1.

5. Реализованы модификации напылительного стенда, обеспечивающие повышение качества пленки и стабильность ее параметров. Применен компактный механический сепаратор частиц, который позволяет полностью устранить попадание капель и кластеров на пленку в процессе роста. Разработана модифицированная схема метода импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах, обеспечивающая осаждение тонких пленок без капель и кластеров и позволяющая управлять энергией ионов в осаждаемом пучке. Установлено, что после пересечения эрозионных факелов результирующий плазменный пучок расширяется инерциально.

6. Получены сверхтонкие пленки Ре, Сг, "98п и толщиной от 2 нм. Исследован классический размерный эффект проводимости в процессе роста пленок Ре и Сг. Установлено, что на фоне монотонного уменьшения удельного сопротивления наноразмерной пленки железа, выращенной методом импульсного лазерного напыления, проявляется осциллирующая зависимость с

периодом 5,4 нм, которая определяется квантовым размерным эффектом удельной проводимости от толщины пленки. Достигнутые характеристики и качество полученных сверхтонких пленок удовлетворяют требованиям к базовым элементам квантовой электроники.

Основные публикации по теме диссертации:

Al. Зондовые исследования лазерного эрозионного факела при абляции кремния в вакууме / Хайдуков Е. В., Новодворский О. А., Лотин А. А., Рочева В. В., Храмова О. Д., Панченко В. Я IIЖТФ. 2010. Т. 80, вып. 4. С. 59-63.

А2. Эпитаксиальный рост и свойства пленок Mg<ZnbxO, получаемых методом лазерно-плазменного осаждения / Лотин А. А., Новодворский О. А., Хайдуков Е. В., Рочева В. В., Храмова О. Д., Панченко В. Я., Венцель К., Трумпайска Н., Щербачев К. Д. // ФТП. 2010. Т. 44, вып. 2. С. 260-264.

A3. Аникеев Б. В., Храмов В. Н., Хайдуков Е. В. Наблюдение бифуркаций в лазере с кратковременной резонансной модуляцией потерь на неодимовом стекле // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2009. Т. 17, № 6. С. 67-73.

A4. The erosive laser plume ions component researches at the silicon ablation in vacuum / Khaydukov E. V., Rocheva V. V., Lotin A. A., Novodvorsky O. A., Panchenko V. Ya. // Fizika. 2010. Vol. XVI. P. 29-32.

A5. Specific character of the "9Sn thin films growth on amorphous Si by the CBPLD method / Rocheva V. V., Khaydukov E. V., Novodvorsky O. A., Khramova O. D., Panchenko V. Ya. // Fizika. 2010. Vol. XVI. P. 58-63.

A6. Исследование морфологии и удельной проводимости ультратонких пленок Sn, Fe, Cr, Si, полученных методом импульсного лазерного осаждения / Хайдуков Е. В., Лотин А. А., Новодворский О. А., Панченко В. Я., Паршина Л. С., Рочева В. В., Храмова О. Д., Черебыло Е. А. // Сборник тезисов докладов научно-технологических секций Международного форума по нанотехнологиям. В 2 т. М„ 2008. Т. 1. С. 771-772.

А7. Application of the pulse laser deposition method for preparation film nanostructure of metals and semiconductors / Novodvorsky O. A., Khaydukov E. V., Lotin A. A., Parshina L. S., Rocheva V. V., Panchenko V. Ya. // Book of abstract of the 17th International Conference on Advanced Laser Technologies. Antalya, 2009. P. 188.

A8. Модифицированный метод скрещенных пучков для напыления пленок кремния нанометровых толщин / Хайдуков Е. В., Новодворский О. А., Рочева В. В., Зуев Д. А., Лотин А. А., Панченко В. Я. // Труды 2 Всероссийской научной школы для молодежи «Концентрированные потоки энергии в индустрии наносистем, материалов и живых систем». М. : МИЭМ, 2009. С. 326-331.

А9. Управление энергетическим спектром ионов при напылении методом CBPLD пленок кремния нанометровых толщин / Хайдуков Е. В., Новодворский О. А., Рочева В. В., Зуев Д. А., Лотин А. А. // Материалы 2-й международной конференции/молодежной школы-семинара «Современные нанотехнологии и нанофотоника для науки и производства». Владимир : Владимирский гос. унт, 2009. С. 95-97.

А10. Сепарация частиц лазерного эрозионного факела в процессе напыления тонких пленок Si / Хайдуков Е. В., Лотин А. А., Мельников Д. Н., Новодворский О. А., Панченко В. Я. // Труды IX Межвузовской научной школы молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике электронике, экологии и медицине». М. : НИИЯФ МГУ, 2008. С. 127-131.

All. Research of a radiation spectrum of a near-surface laser plasma / Anikeev В. V., Khaydukov E. V., Khramov V. N.. Sevost'yanov A. V., Zatrudina R. Sh. // SPIE Proc. 2007. Vol. 6594. P. 65940.

A12. Investigation of radiation characteristics of laser plasma on a surface of metal targets / Anikeev В. V., Khaydukov E. V., Khramov V. N., Sevost'yanov A. V., Zatrudina R. Sh. // SPIE Proc. 2007. Vol. 6537. P. 65370.

A13. Пат. 89906 Российская Федерация, МПК51 Н 01 L 21/00, С 23 С 14/46. Устройство для лазерно-плазменного напыления / Новодворский О. А., Лотин А. А., Хайдуков Е. В.; заявитель и патентообладатель Учреждение Рос. акад. наук Ин-т проблем лазерных и информационных технологий. № 2009125756/22 ; заявл. 06.07.2009; опубл. 20.12.2009, Бюл. № 35.

А14. Пат. 93583 Российская Федерация, МПК51 Н 01 L 21/00, С 23 С 14/46. Устройство для лазерно-плазменного напыления / Новодворский О. А., Хайдуков Е. В., Лотин А. А.; заявитель и патентообладатель Учреждение Рос. акад. наук Ин-т проблем лазерных и информационных технологий. № 2009142969/22 ; заявл. 20.11.2009 ; опубл. 27.04.2010, Бюл. № 12.

Список цитируемой литературы:

1. Pulsed laser deposition of thin films: Applications-LED growth of functional materials / Ed. by R. Eason. USA, Hoboken, New Jersey: Wiley-Interscience, 2007.682 p.

2. Saenger K. L. On the origin of spatial nonuniformities in the composition of pulsed laser deposited films // J. Appl. Phys. 1991. Vol. 70. P. 5629-5635.

3. Панченко В. Я., Новодворский О. А., Голубев В. С. Технология лазерно-плазменного напыления пленок нанометровых толщин // Наука и технологии в промышленности. 2006. № 4. С. 39-51.

4. Жерихин А. Н. Лазерное напыление тонких пленок // Итоги науки и техники. Серия: Современные проблемы лазерной физики. М.: ВИНИТИ, 1990.107 с.

5. Анисимов С. И., Лукъянчук Б. С. Избранные задачи теории лазерной абляции // УФН. 2002. Т. 172, № 3. С. 301-333.

Подписано в печать: 17.09.2010

Заказ № 4129 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Объем: 1 усл.п.л. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. ЛАЗЕРНЫЙ ЭРОЗИОННЫМ ФАКЕЛ И НАПЫЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

1.1 Лазерная абляция, основные физические процессы образования и разлета эрозионного факела.'.

1.2 Модель углового распределения продуктов абляции.

1.3 Импульсное лазерное напыление в сравнении с другими методами.

1.4 Исследование скоростей разлета компонент факела времяпролетными методами.

1.4.1 Времяпролетная масс-спектрометрия.

1.4.2 Времяпролетные измерения методом лазерно-индуцированой флюоресценции.

1.4.3 Времяпролетная эмиссионная спектроскопия.

1.4.4 Метод зонда Ленгмюра.

1.4.5 Времяпролетные методы измерения скоростей разлета капель.

1.5 Выводы.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

2.1 Лазер для абляции.

2.1.1 Лазер с кратковременной резонансной модуляцией потерь (КРМП).,.

2.2 Схемы реализации метода импульсного лазерного напыления.

2.2.1 Напыление с использованием скоростного механического сепаратора частиц факела!.

2.2.2 Метод пересекающихся факелов.

2.3 Метод осаждения капель на вращающийся диск.

2.4 Схемы времяпролетных исследований факела зондом Ленгмюра.

2.4.1 Схема исследования эрозионного факела.

2.4.2 Схема исследования факелами от двух мишеней. 2.5 Выводы. пучка, образованного пересекающимися

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭРОЗИОННОГО ФАКЕЛА ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ЛАЗЕРНОМ НАПЫЛЕНИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК.

3.1 Исследование динамики разлета микрочастиц при абляции металлов и полупроводников.

3.1.1 Распределение по скоростям капель кремния.

3.1.2 Исследование скоростного распределения капель металлов.

3.1.3 Угловое распределение капель.

3.2 Селекция капель при импульсном лазерном напылении пленок.

3.2.1 Скоростная механическая селекция капель при импульсном лазерном напылении пленок.

3.2.2 Инерционная селекция капель, метод пересекающихся факелов.

3.3 Абляция КРМП-лазером.

3.4 Зондовые исследования факела при абляции металлов в вакууме.

3.4.1 Скоростное распределение ионов эрозионного факела железа.

3.4.2 Зондовые исследования эрозионного факела хрома.

3.4.3 Зондовые исследования эрозионного факела при абляции марганца.

3.4.4 Зондовые исследования ионной компоненты факела олова.

3.4.5 Угловое распределение ионов в эрозионном факеле.

3.5 Зондовые исследования лазерного эрозионного факела при абляции кремния.

3.6 Управление энергетическим спектром ионов в методе пересекающихся факелов.

3.6.1 Зондовые исследования плазменного пучка, сформированного пересекающимися факелами.

3.6.2 Угловая зависимость энергетического спектра отклоненного пучка.

3.7 Выводы.

ГЛАВА 4. ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ НАПЫЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК И НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР.

4.1 Напыление тонких пленок U9Sn, Fe, Cr, Si.

4.2 Формирование многослойных структур субнанометровых толщин.

4.3 Напыление нанопористых и наноструктурированных пленок кремния.

4.4 Магнитные полупроводниковые материалы на основе кремния.

4.5 Выводы.

Диссертационная работа посвящена исследованию кинетики разлета капельной и ионной компонент лазерного эрозионного факела при абляции металлов и полупроводников в вакууме, а также разработке устройств квантовой электроники и методов управления процессом импульсного лазерного напыления топкопленочных материалов, перспективных для улучшения характеристик элементно-узловой базы квантовой электроники.

Актуальность работы.' В настоящее время разработка и исследование эффективных методов создания новых материалов пониженной размерности диктуется потребностями быстро прогрессирующих современных нанотехнологий. Изучение способов формирования стабильных наноструктур имеет как фундаментальное, так и прикладное значение. Техника импульсного лазерного напыления (ИЛН) является одним из основных инструментов современных нанотехнологий, расширяющая круг материалов, позволяющих совершенствовать устройства квантовой электроники в вычислительной технике и оптических линиях связи. К достоинствам импульсного лазерного напыления как метода получения пленок относятся его универсальность по отношению к материалу, возможность практически исключить наличие посторонних примесей, гибкость метода и возможность контроля в процессе роста пленочных структур. Естественно, что развитие технологии импульсного лазерного напыления невозможно без модернизации используемых и разработки новых приборов квантовой электроники.

Ключевую роль в понимании процесса ИЛН играет исследование эрозионного факела (ЭФ). Разрешенные во времени и пространстве измерения в факеле в процессе его движения от мишени к подложке дают информацию о кинетике осаждаемых частиц, позволяют понять физическую картину процессов, протекающих в ЭФ. Такого рода исследования проводились и ранее, однако, эрозионный факел применительно к процессу ИЛН изучен недостаточно.

Важным параметром в процессе ИЛН является энергия осаждаемых частиц, которая оказывает существенное влияние на процесс роста пленок и определяет их характеристики (тип кристаллической структуры, размер кристаллитов, адгезия и др.). Разработка эффективного метода управления энергетическим спектром ЭФ позволит решить задачу получения пленок с различными структурными характеристиками от предельно неупорядоченного и даже аморфного состояния до эпитаксиальных пленок с высоким кристаллическим совершенством.

Одним из существенных недостатков метода ИЛН является проблема микрочастиц. Наличие в факеле осколков и капель расплава материала мишени, которые попадают и внедряются в растущую пленку, представляет самую большую помеху при использовании ИЛН для создания многослойных специальных материалов для генерации, преобразования и управления излучением в промышленных целях.

Разработка технологии лазерного напыления тонких пленок из различных материалов позволяет получить новый технологический процесс создания широкого спектра пленочных структур, как для научных исследований, так и для практических приложений. Однако диапазон использования метода ИЛН для создания крайне разнообразных одно- и многокомпонентных пленок расширяется значительно быстрее, чем понимание лежащих в основе метода физических аспектов и преодоление присущих этому методу проблем.

Исходя из вышеизложенного, представляется актуальным исследовать характеристики капельной и ионной компонент лазерного эрозионного факела в процессе ИЛН тонкопленочных структур и разработать методы и устройства, позволяющие эффективно управлять характеристиками ЭФ в процессе роста пленок.

Целью работы является исследование характеристик ионной и капельной компонент лазерного эрозионного факела в процессе импульсного лазерного напыления, а также разработка метода управления энергией осаждаемых ионов и разработка устройств, предотвращающих попадание капель на пленку в процессе роста, для получения сверхтонких сплошных пленок металлов и полупроводников, обеспечивающих создание компонент квантовой электроники.

Для достижения намеченных целей были поставлены следующие задачи:

1. Разработка и создание экспериментальной установки для исследования энергетических и пространственных характеристик капельной и ионной компонент эрозионного факела при лазерной абляции в вакууме металлов и полупроводников, включая исследование режимов генерации используемых лазеров и их влияние на основные процессы, происходящие при напылении.

2. Исследование энергетических и пространственных характеристик ионной компоненты эрозионного факела времяпролетным зондовым методом при абляции Si, Fe, Cr, Мп и Sn излучением первой и второй о I гармоник YAG:Nd лазера и разработка метода управления энергией осаждаемых ионов.

3. Исследование энергетических и пространственных характеристик капельной компоненты эрозионного факела при абляции металлов и полупроводников в вакууме и разработка эффективных методов, позволяющих обеспечить пространственную селекцию капель из эрозионного факела.

4. Разработка и создание лабораторного стенда импульсного лазерного напыления с возможностью управления энергией осаждаемых ионов для получения пленок нанометровых толщин.

5. Определение оптимальных условий получения сверхтонких пленок Si, Cr, Fe, Sn и многослойных тонкопленочных структур Fe/Si/ll9Sn/Si с толщиной слоев от 2 нм методом импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах с возможностью управления энергией осаждаемых ионов.

Научная новизна результатов, полученных в ходе выполнения диссертационной работы, состоит в следующем:

1. Экспериментально установлено, что функция распределения капельной составляющей эрозионного факела Al, Zn, Си, Sn и Si по скоростям имеет неравновесный характер. В эрозионном факеле присутствуют массивные капли диаметром до 30 мкм, обладающие скоростями, сопоставимыми со скоростями капель значительно меньшего размера.

2. Предложен оригинальный метод механической селекции, позволяющий полностью устранить капельную компоненту из эрозионного факела и осуществлять бескапельное напыление пленок методом импульсного лазерного напыления.

3. Установлено, что при абляции Si, Fe, Cr, Мп и Sn излучением первой и второй гармоник YAG:Nd3+ лазера ионная компонента эрозионного факела имеет мультимодальное распределение по скоростям. Распределение скоростей в каждой моде хорошо описывается одномерным распределением Максвелла.

4. Установлено, что скорость разлета лидирующей группы ионов эрозионного факела при1 абляции Si, Fe, Cr, Мп и Sn импульсами с равной энергией излучением первой и второй гармоник YAG:Nd3+ лазера в режиме модуляции добротности обратно пропорциональна квадратному корню из массы иона в широком диапазоне плотностей энергии на мишени от 8 до 40 Дж/см2.

5. Впервые показано, что изменение угла пересечения факелов при использовании метода импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах открывает возможность управления энергией осаждаемых ионов.

6. Впервые предложенным методом импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах с возможностью управления энергией осаждаемых ионов получены сплошные сверхтонкие пленки Si, Cr, Fe, Sn, а также многослойные структуры Fe/Si/.119Sn/Si с толщиной слоев от 2 до 15 нм. В тонких пленках Fe впервые наблюдался квантово-размерный эффект изменения проводимости в процессе роста.

7. Экспериментально обнаружена бифуркация периода следования ультракоротких импульсов в лазере на неодимовом стекле в режиме кратковременной резонансной модуляции потерь, что проявляется в удвоении периода следования импульсов. Практическая значимость работы заключается в разработке и реализации модифицированного метода импульсного лазерного напыления, в котором впервые демонстрируется возможность управления энергетическим спектром осаждаемых частиц в широком диапазоне, что позволяет решить задачу получения пленок и многослойных покрытий с различными структурными характеристиками для расширения элементной базы квантовой электроники. Предложено оригинальное устройство, позволяющее полностью устранить капельную компоненту из лазерного эрозионного факела. Применение такого устройства препятствует попаданию микрочастиц на поверхность растущей пленки, что позволяет значительно улучшить морфологию сверхтонких пленок (до 100 нм), получаемых методом импульсного лазерного напыления. Параметры и качество полученных сверхтонких пленок обеспечивают возможность их использования при разработке элементно-узловой базы квантовой электроники.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. При абляции металлов и полупроводников в вакууме функция распределения капельной составляющей эрозионного факела по энергии имеет неравновесный характер, в эрозионном факеле средняя кинетическая энергия капель разных размеров существенно различается.

2. Ионная компонента эрозионного факела при абляции Fe, Cr, Mn, Sn и Si имеет мультимодальное распределение по скоростям, причем распределение скоростей в каждой моде описывается одномерным распределением Максвелла.

3. При абляции металлов и полупроводников энергия лидирующей группы ионов эрозионного факела при абляции импульсами с равной энергией Si, Fe, Cr, Мп и Sn обратно пропорциональна квадратному корню из массы ионов.

4. Метод импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах позволяет управлять энергией отклоненного пучка при изменении угла пересечения исходных факелов. Разработанным методом получены г сверхтонкие сплошные пленки и многослойные структуры металлов и полупроводников.

Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международном форуме по нанотехнологиям, г. Москва, 2008; IX и X Межвузовской научной школе молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине» НИИЯФ МГУ, г. Москва, 2008, 2009; 2 Всероссийской научной школе для молодежи «Концентрированные потоки энергии в индустрии наносистем, материалов и живых систем» МИЭМ, г. Москва,

2009; 2-й международной конференции/молодежной школе-семинаре «Современные нанотехнологии и нанофотоника для науки и производства», г. Владимир, 2009; 17th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT'09), Antalya, Turkey, 2009; X International Conference "Laser and Laser-Information Technologies: Fundamental Problems and Applications" (ILLA'2009), Smolyan, Bulgaria, 2009; X International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro- & Nanotechnologies (FLAMN'10), St. Petersburg-Pushkin, Russia, 2010; The International Conference on Coherent and Nonlinear Optics and The Laser, Applications, and Technologies Conference (ICONO/LAT 2010), Kazan, Russia, 2010; Научных семинарах ИПЛИТ РАН под руководством академика В.Я. Панченко и профессора B.C. Голубева, г. Шатура, 2009-2010.

Работа была выполнена в соответствии с планами работ по программе фундаментальных исследований ОНИТ РАН «Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров, материалы для микро- и наноэлектроники, микросистемная техника, твердотельная электроника» в рамках проекта «Формирование низкоразмерных структур полупроводников и металлов методом импульсного лазерного напыления для устройств наноэлектроники и спинтроники». Работа поддерживалась грантами РФФИ, проекты 09-02-09632-мобз, 09-02-01298-а, 09-02-00366-а, 09-07-00208-а, 09-08-00291-а, 09-02-12108-офим, 09-07-12151-офим. Достоверность полученных и представленных в диссертации результатов подтверждается использованием апробированных и обоснованных физических методов, работоспособностью созданных установок, а также общим согласованием с результатами других исследователей. Анализ экспериментальных данных проведен с соблюдением критериев достоверности статистических испытаний и физических измерений. Личный вклад автора. Лазерный напылительный стенд создан автором лично. Исследования характеристик лазерного эрозионного факела проведены автором. Результаты по исследованию лазера на неодимовом стекле и особенностей роста пленок и многослойных структур выполнены совместно с соавторами опубликованных работ. Постановка задач исследований, определение методов их решения и интерпретация результатов выполнены под руководством к.ф.-м.н. Новодворского О.А. Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 17 научных работах, в числе которых 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертации, и 2 патента РФ на полезную модель.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Материал работы изложен на 160 страницах, включающих 91 иллюстрацию. Список цитируемой литературы содержит 140 наименований.

Основные результаты и выводы можно сформулировать следующим образом:

1. Для импульсного лазерного напыления разработан лазер на неодимовом стекле с кратковременной резонансной модуляцией потерь, обеспечивающий генерацию высокоэнергетичного цуга субнаносекундных импульсов. Исследованы особенности режима кратковременной резонансной модуляцией потерь. Обнаружен режим бифуркации периода следования ультракоротких импульсов, заключающийся в удвоении периода следования импульсов. Эффект наблюдается в области малых расстроек модуляционной частоты и частоты межмодового интервала. Показано, что КРМП-лазер является эффективным инструментом для абляции.

2. Разработана и реализована экспериментальная установка для исследования энергетических и пространственных характеристик капельной и ионной компонент лазерного эрозионного факела при абляции металлов и полупроводников в вакууме.

3. Методом зонда Ленгмюра исследована ионная компонента эрозионного факела, образующегося при лазерной абляции металлических и полупроводниковых мишеней в вакууме. С применением этой методики определены энергетические параметры, пространственная эволюция и угловое распределение ионной компоненты факела. Установлено, что ионная компонента факела имеет мультимодальное распределение по I скоростям. Распределение скоростей в каждой моде хорошо описывается одномерным распределением Максвелла. Скорость разлета лидирующей группы ионов эрозионного факела при абляции мишеней металлов и полупроводников излучением первой и второй гармоник YAG:Nd3+ лазера в режиме модуляции добротности импульсами с равной энергией обратно пропорциональна квадратному корню из массы иона в диапазоне плотностей энергии на мишени от 8 до 40 Дж/см2.

4. Методом осаждения продуктов эрозии на вращающийся диск получены времяпролетные кривые капельной составляющей эрозионного факела. Показано, что в разлетающейся лазерной плазме функция распределения капель металлов и полупроводников по кинетической энергии имеет неравновесный характер. Показано, что в эрозионном факеле присутствуют капли до 30 мкм, обладающие скоростями, сопоставимыми со скоростями капель значительно меньшего размера. Установлено, что при абляции тяжелых легкоплавких металлов (олово, свинец) в эрозионном факеле присутствуют медленные микрочастицы (скорости менее 3 м/с), а для полупроводников (кремний) обнаружено бимодальное распределение микрочастиц по скоростям, которое носит пороговый характер и формируется при плотности энергии на мишени более 40 Дж/см". Угловое распределение капельной составляющей описывается функцией cosn^, где п=9-И 1.

5. Реализованы модификации напылительного стенда, обеспечивающие повышение качества пленки и стабильность ее параметров. Применен компактный механический сепаратор частиц, который позволяет полностью устранить попадание капель и кластеров на пленку в процессе роста. Разработана модифицированная схема метода импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах, обеспечивающая осаждение тонких пленок без капель и кластеров и позволяющая управлять энергией ионов в осаждаемом пучке. Установлено, что после пересечения эрозионных факелов результирующий плазменный пучок расширяется инерциально.

6. Получены сверхтонкие пленки

Fe, Cr, 119Sn и Si толщиной от 2 нм. Исследован классический размерный эффект проводимости в процессе роста пленок Fe и Сг. Установлено, что на фоне монотонного уменьшения удельного сопротивления наноразмерной пленки железа, выращенной методом импульсного лазерного напыления, проявляется осциллирующая зависимость с периодом 5,4 нм, которая определяется квантовым размерным эффектом удельной проводимости от толщины пленки. Достигнутые характеристики и качество полученных сверхтонких пленок удовлетворяют требованиям к базовым элементам квантовой электроники.

Автор выражает искреннюю благодарность всем, с кем ему пришлось работать, кто помогал советом, обсуждениями и личным участием в проведении данной работы.

Автор благодарен родителям, Хайдуковой Марине Николаевне и Хайдукову Валерию Вальдемаровичу за поддержку и помощь.

Автор искренне признателен своему учителю, к.ф.-м.н. Олегу Алексеевичу Новодворскому, под руководством которого и была выполнена диссертационная работа.

Большую помощь в проведении экспериментов и обсуждении результатов мне оказали сотрудники лаборатории «Наноструктур и тонких пленок» ИПЛИТ РАН Рочева В.В., к.ф.-м.н. Храмова О.Д., Паршина JI.C., Лотин А.А., Зуев Д.А.

Автор считает своим долгом поблагодарить своих первых учителей, преподавателей Волгоградского государственного университета д.ф.-м.н., профессора Аникеева Б.В. и к.ф.-м.н., доцента Храмова В.Н.

Важно отметить, что многие исследования оказались бы невозможными без интеллектуальной и технической поддержки сотрудников подразделений ИПЛИТ РАН.

Автор признателен д.ф.-м.н., профессору Лебедеву Ф.В. и д.ф.-м.н., профессору Голубеву B.C. за ценные советы и интерес к работе.

Приношу глубокую благодарность академику В.Я. Панченко за поддержку и внимание к работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Хора X. Физика лазерной плазмы. М. : Энергоатомиздат, 1986. 272 с.

2. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р. В. Арутюнян и др.. М.1. Наука, 1989. 367 с.

3. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. В 4 т. Т. 2. / Под ред. В. Е. Фортова. М. : Наука, 2000.

4. Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М. : Наука, 1966. 686 с.

5. Лазерная плазма: физика и применения: монография / О. Б. Ананьин и др.. М.: МИФИ, 2003. 400 с.

6. Singh R. К., Narojan J. Pulsed-laser evaporation technique for deposition of thin films: Physics and theoretical model // Phys. Rev. B. 1990. Vol. 41, № 13. P. 8843-8859.

7. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. В 10 т. Т. 5. Статистическая физика. Часть 1. М. : Наука, 1976. 584 с.

8. Комник Ю. Ф. Физика металлических пленок. М. : Атомиздат, 1979. 264 с.

9. Жерихин А. Н. Лазерное напыление тонких пленок // Итоги науки и техники. Серия: Совр. проблемы лаз. физики. М.: ВИНИТИ, 1990. 107 с.

10. Панченко В. Я., Новодворский О. А., Голубев В. С. Технология лазерно-плазменного напыления пленок нанометровых толщин // Наука и технологии в промышленности. 2006. № 4. С. 39-51.

11. И. Pulsed laser deposition of thin films: Applications-LED growth of functional materials / Ed. by R. Eason. USA, Hoboken : Wiley-Interscience, 2007. 682 p.

12. Анисимов С. И., Лукъянчук Б. С., Лучес А. Динамика трехмерного расширения пара при импульсном лазерном испарении // ЖЭТФ. 1995. Т. 108, вып. 1 (7). С. 240-257.

13. Анисимов С. И., Лукъянчук Б. С. Избранные задачи теории лазерной абляции / УФН. 2002. Т. 172, № 3. С. 301-333.

14. Гапонов С. В., Салащенко Н. Н. // Электронная промышленность. 1976. № 1.С. 11-20.

15. Гапонов С. В., Клюенков Е. Б., Нестеров Б. А. и др. // Письма в ЖТФ. 1979. Т. 52. С. 1584.

16. Афанасьев Ю. В., Крохин О. Н. Газодинамическая теория воздействия излучения лазера, на конденсированные среды // Труды ФИ АН СССР; 1970. Т. 52. С. 118-170. .

17. Григорьянц А. Г., Шиганов И; Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 664 с.

18. Role of energetic atoms and ions in Та films grown by different physical vapor ; deposition methods / Roy R. A., Catania P., Saenger K. E., Cuomo J. J., Lossy R. L.//J. Vac. Sci. Technol. B.T993. Vol. 11, № 5. P. 1921-1927.

19. Saenger К. E. On tHe origin of spatialvnoriuniformities in the composition-of pulsed laser deposited films // J. Appl. Phys. 1991. Vol: 70. P. 5629-5635.

20. Низкотемпературная эпитаксия пленок: конденсированных из лазерной плазмы / Гапонов С. В., Лускин Б. М., Нестеров Б. А., Салащенко Н. Н. // Письма в ЖТФ. 1977. Т. 3, вып. 12. С. 573-576.

21. Characterization of erosion plume after ablation of copper and tantalum targets by cxcimer laser irradiation / Novodvorsky O. A., Khramova O. D., Wenzel C., Bartha J. W., Filippova E., O. // Ji Appl. Phys. 2003. Vol. 94, № 5. P. 3612' 3625. ' • . , . :

22. Гапонов С. В., Лускин Б. М., Салащенко Н. Н. О возможности получения структур со сверхрешеткой методом лазерного. напыления // Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5, вып. 9. С. 516.

23. Введение в физику поверхности / К. Оура и др.. М. : Наука, 2006. 490 с.

24. Zotov А. V., Korobtsov V. V. Present status of solid'phase epitaxy of vacuum-deposited silicon // J. Crystal Growth. 1989. Vol. 98. P. 519-530.

25. GaAs growth in metal-organic MBE / Putz N., Veuhoff E., Heinecke H., Heyen M., Luth H., Balk P. // J. Vac. Sci. Technol. B. 1985. Vol. 3, № 2. P. 671-673.

26. Time of flight mass spectrometry of the laser produced fragments / Alimpiev S. S., Nikiforov S. M., Dudojan A. K., Shevtshenko V. Y. // SPIE Proc. 1990. Vol. 1352. P. 227-238.

27. Otis С. E., Dreyfus R.W. Laser ablation of УВа2Си307.5 as probed by laser-induced fluorescence spectroscopy // Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 67, № 15. P. 2102-2105.

28. Otis С. E., Goodwin P. M. Internal energy distributions of laser ablated species from YBa2Cu307-5// J. Appl. Phys. 1993. Vol. 73, № 4. P. 1957-1964.

29. Influence of the velocity distribution of the particles on the laser deposition of the high-temperature superconducting thin films / Zherikhin A. N., Bagratashvili V. N., Boyarkin O.V., Burimov V. N. // SPIE Proc. 1993. Vol. 1856. P. 92-97.

30. Распределение иттрия по скоростям в лазерной плазме, возникающей при распылении УВазСизОу.х мишени / Бояркин О. В., Буримов В. Н., Голубев В. С., Жерихин А. Н., Попков В. JI. // Известия АН СССР. Серия физическая. 1993. Т. 57, № 12. С. 90-98.

31. Буримов В. Н., Жерихин А. Р., Попков В. Л. Исследование населенностей возбужденных состояний атомов бария в лазерной плазме // Квант, электроника. 1995. Т. 22, № 2. С. 153-156.

32. Зайдель А. Н. Атомно-флуоресцентный анализ. Физические основы метода. М. : Наука, 1980. 192 с.

33. Generation of high-energy atomic beams in laser-superconducting target interactions / Zheng J. P., Huang Z. Q., Shaw D. Т., Kwok H. S. // Appl. Phys. Lett. 1989. Vol. 54, № 3. P. 280-282.

34. Spectroscopic and ion probe measurements of KrF laser ablated Y-Ba-Cu-O bulk samples / Dyer P. E., Greenough R. D., Issa A., Key P. H. // Appl. Phys. Lett. 1988. Vol. 53, № 6. P. 534-536.

35. Пресняков Л. А. Рентгеновская спектроскопия высокотемпературной плазмы // УФН. 1976. Т. 119, вып. 1. С. 49-73.

36. Виноградов А. В., Скобелев И. Ю., Юков Е. А. // Квант, электроника. 1975. Т. 2. С. 1165-1169.

37. Gabriel А. Н., Jordan С. Case studies in atomic collisions physics / Ed. by E. W. McDaniel and M. R. C. McDowell. Amsterdam : North-Holland, 1972. Vol. 2. Chap. 4.

38. Аглицкий E. В., Бойко В. А., Виноградов А. В., Юков Е. А. // Квант, электроника. 1974. Т. 1. С. 579.

39. The electron temperature distribution of laser erosion plume after ablation of a tantalum target with excimer laser in vacuum / Novodvorsky O. A., Wenzel C., Bartha J. W., Khramova O. D., Filippova E. O. // Optics and Lasers in

40. Engineering. 2001. Vol. 36, № 3. P. 303-311.

41. Analysis of the plasma expansion dynamics by optical time-of-flight measurements / Marine W., Gerri M., d'Anielo J. M .S., Sentis M., Delaporte Ph., Forestier В., Fontaine B. // Appl. Surf. Sci. 1992. Vol. 54. P. 264-270.

42. The role of photoelectronic processes in the formation of a fluorescent plume by 248-nm laser irradiation of single crystal NaN03 / Chin J.-J., Ermer D. R., Langford S. C., Dickinson J: T // Appl. Phys. A. 1997. Vol. 64, № 1. P. 7-17.

43. Dyer P. E., Issa A., Key P. H. Dynamics of excimer laser ablation of superconductors in an oxygen environment // Appl. Phys. Lett. 1990. Vol. 57, № 2. P. 186-188.

44. Эмиссионная спектроскопия углеродной плазмы при* лазерной абляции. • Абляция графита СОг-лазером, а также ХеС1- и СО -лазерами / Демьяненко А. В.', Летохов В. С., Пурецкий А. А., Рябов Е. А. // Квант, электроника. 1998. Т. 25, № 1.С. 36-40.

45. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 591 с.

46. Низкотемпературная, плазма. В 20 т. Т. 9. Диагностика низкотемпературной- плазмы / Под ред. А. А. Овсянникова. Новосибирск : Наука, 1994. 485 с.

47. Laser-induced plasmas for primary ion deposition of epitaxial Ge and Si films / Lubben D., Barnett S .A., Suzuki K., Gorbatkin S., Greene J. E. // J. Vac. Sci. Technol. B. 1985. Vol. 3, № 4. P. 968-974.

48. Energy distribution of ions in plasma formed by laser ablation of metallic Nb and Та targets / Novodvorsky O. A., Khramova O. D., Filippova E. O., Wenzel C., Bartha J. W. // Optics and Lasers in Engineering. 1999. Vol. 32, № 5. P. 449457.

49. Pulsed laser ablation of copper / Jordan R., Cole D., Lunney J. G., Mackay K., Givord D. // Appl. Surf. Sci. 1995. Vol. 86. P. 24-28.

50. Von Gutfeld R. J., Dreyfus R. W. Electronic probe measurements of pulsed copper ablation at 248 nm // Appl. Phys. Lett. 1989. Vol. 54, № 13. P. 12121214.

51. Демидов В. И., Колобков Н. В., Кудрявцев А. А. Зондовые методы исследования низкотемпературной плазмы. М. : Энергоатомиздат, 1996. 240 с.

52. Полировка и модификация ВТСП пленок излучением эксимерного лазера / Соболь Э. Н., Свиридов А. П., Баграташвили В. Н., Буримов В. Н., Окороков В. Н. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. 1992 Т. 5, № 1.С. 128-132.

53. Соболь Э. Н. Низкоэнергетический механизм лазерной абляции высокотемпературных сверхпроводников // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15, вып. 8. С. 80-84.

54. The action of powerful laser radiation on 1-2-3 superconducting thin films and bulk materials / Zherikhin A., Bagratashvili V., Burimov V., Sobol E., Shubnii G., Sviridov A. // Physica C. 1992. Vol. 198. P. 341-348.

55. Пространственно-временное распределение жидких капель в эрозионном факеле при воздействии лазерного излучения на свинцовую мишень / Гончаров В. К., Карабань В. И., Колесник А. В., Радюк И. М. // Квант, электроника. 1988. Т. 15, № 12. С. 2575-2577.

56. Гончаров В. К., Концевой В. JL, Пузырев М. В. Динамика образования жидкокапельной фазы эрозионных лазерных факелов металлов вблизи поверхности мишени // Квант, электроника. 1995. Т. 22, № 3. С. 249-252.

57. Гончаров В. К., Пузырев М. В. Кинетика частиц жидкокапельной фазы эрозионных факелов в скрещенных лазерных пучках // Квант, электроника. 1997. Т. 24, № 4. С. 329-332.

58. Ахсахалян А. Д., Битюрин Ю. А., Гапонов С. В. Процессы в эрозионной плазме при лазерном вакуумном напылении пленок // ЖТФ. 1982. Т. 52, № 8. С. 1584-1589.

59. Буримов В. Н., Жерихин А. Н., Попков В. Л. Импульсное лазерное напыление тонких пленок InGaAs // Квант, электроника. 1996. Т. 23, № 1. С. 73-75.

60. Yoshitake Т., Shiraishi G., Nagayama К. Elimination of droplets using a vane velocity filter for pulsed laser ablation of FeSi2 // Appl. Surf. Sci. 2002. Vol. 197/198. P. 397-383.

61. Realization of a condition of super-regenerative amplification of USP in a laser system with an electromechanical shutter / Anikeev В. V., Khaydukov E. V., Khramov V. N., Mitrakhovich I. N., Sedov M. N. // SPIE Proc. 2007. Vol. 6594. P. 65940V.

62. Observation of effect of the USPs shortening at their self-action in high-temperature laser plasma / Anikeev В. V., Kas'yanov I. V., Khaydukov E. V., Khramov V. N. // SPIE Proc. 2007. Vol. 6726. P. 672619.

63. Research of a radiation spectrum of a near-surface laser plasma / Anikeev В. V., Khaydukov E. V., Khramov V. N., Sevost'yanov A. V., Zatrudina R. Sh. // SPIE Proc. 2007. Vol. 6594. P. 65940X.

64. Investigation of radiation characteristics of laser plasma on a surface of metal targets / Anikeev В. V., Khaydukov E. V., Khramov V. N., Sevost'yanov A. V., Zatrudina R. Sh. // SPIE Proc. 2007. Vol. 6537. P. 65370R.

65. Аникеев Б. В. О динамике активной фазировки мод в импульсном лазере с периодической модуляцией потерь // Письма в ЖЭТФ. 1974. Т. 19, вып. 1. С. 34-38.

66. Аникеев Б. В., Храмов В. Н., Затрудина Р. Ш. Исследование точности временной привязки субнаносекундных' импульсов лазера с кратковременной периодической модуляцией потерь // Квант, электроника. 1993. Т. 20, №7. С. 721.

67. Аникеев Б. В., Храмов В. Н., Левин К. А. Неодимовые лазеры с кратковременной периодической модуляцией потерь // Квант, электроника. 1996. Т. 23, № 1.С. 59-61.

68. Высокоэффективные предусилители пикосекундных импульсов на неодимовом стекле и иттрий-алюминиевом гранате / Танеев Р. А., Ганиханов Ф. Ш., Камалов Ш. Р., Редкоречев В. И., Усманов Т. Б. // Квант, электроника. 1996. Т. 23, №, 12. С. 1065-1068.

69. Period doubling and quasi-periodicity in additive-pulse mode-locked lasers / Sucha G., Bolton S. R., Weiss S., Chemla D. S. // Opt. Lett. 1995. Vol. 20, № 17. P. 1794-1796.

70. Period doubling and quasi-periodicity in ultrafast lasers / Sucha G., Bolton S. R., Weiss S., Chemla D. S. // IEEE Lasers and Electro-Optics Society. 1995. Vol. 9, № 6.

71. Melnikov L. A., Rabinovich E. M., Tuchin V. V. Quasi-periodic oscillations and chaos in a gas-discharge active mode-locked laser // J. Opt. Soc. Am. B. 1988. Vol. 5, № 5. P. 1134-1138.

72. О характере пичкового режима генерации при активной фазировке мод в рубиновом ОКГ / Аникеев Б. В., Андреянов В. М., Фенчак В. А., Козубовский В. Р. // УФЖ. 1978. Т. 23, № Ю. С. 1734-1736.

73. Аникеев Б. В. Исследование двойного затвора Поккельса в лазере с активной фазировкой спектра // Квант, электроника. Киев : Наукова думка, 1978. № 17. С. 77.

74. Gorbunov A., Tselev A., Pompe W. Cross-beam laser deposition of ultrathin multilayer metal films // SPIE Proc. 1999. Vol. 3688. P. 351-358.

75. Напыление гладких пленок ВТСП твердотельным АИГ : Ш3+-лазером / Варлашкин А. В., Красносвободцев С. И., Чухаркин М. JL, Снигирев О. В., Цикунов А. В., Шабанова Н. П. // ЖТФ. 2007. Т. 77, вып. 5. С. 127-129.

76. Al-Busaidy М. S., Kusmartseva О. Е., Crapper М. D. Pulsed laser deposition of metallic multilayers: the influence of laser power on microstructure // Appl. Phys. A. 2004. Vol. 79. P. 1453-1456.

77. Pulsed laser ablation and deposition of thin films / Ashfold M. N. R., Claeyssens F., Fuge G. M., Henley S. J. // Chem. Soc. Rev. 2004. Vol. 33. P. 2331.

78. Novodvorsky O. A., Zorov N. В., Kuzjakov Yu. Ya. Opto-halvanic effect in flame under material probe evaporation // Vestn. MGU Chem. 1984. Vol. 25. P. 114-115.

79. Plume separation effect in pulsed laser ablation deposition / Cultrera L., Guido D., Perrone A., Zeifman M. I. // Appl. Phys. A. 2004. Vol. 79. P. 1181-1184.

80. Influence of target morphology on droplet emission and thickness profiles with pulsed laser deposited bismuth films / Jacquot A., Lenoir В., Boffou'e M. O., Dauscher A. // Appl. Phys. A, 1999. Vol. 69. P. 195-199.

81. Growth of gallium nitride thin films by liquid-target pulsed laser deposition / Xiao R. F., Sun X. W., Li Z. F., Cue N., Kwok H. S., Liu Q. Z., Lau S. S. // J. Vac. Sci. Tech. A. 1997. Vpl. 15, № 4. P. 2207-2213.

82. Excimer laser ablation of molten metals as followed by ultrafast photography / Toth Z., Норр В., Smausz Т., Kantor Z., Ignacz F., Szorenyi Т., Bor Z. // Appl. Sur. Sci. 1999. Vol. 138/139. P. 130-134.

83. Specific character of the 119Sn thin films growth on amorphous Si by the CBPLD method / Rocheva V. V., Khaydukov E. V., Novodvorsky O. A., Khramova O. D., Panchenko V. Ya. // Fizika. 2010. Vol. XVI. P. 58-63.

84. Особенности импульсного лазерного осаждения тонкопленочных покрытий с применением противокапельного экрана / Неволин В. Н., Фоминский В. Ю., Гнедовец А. Г., Романов Р. И. // ЖТФ. 2009. Т. 79, №11. С. 120-127.

85. Dyer Р. Е., Issa A., Key P. Н. Dynamics of excimer laser ablation of superconductors in an oxygen environment // Appl. Phys. Lett. 1990. Vol. 57, № 2. P. 186-188.

86. Буримов В. H., Жерихин А. Н., Попков В. Л. Скоростное распределение ионов Ва+ в плазме, возникающей при лазерной абляции высокотемпературной сверхпроводящей мишени // Квант, электроника. 1995. Т. 22, № 11. С. 1096-1098.

87. Dynamics of laser sputtering at GaN, GaP, and GaAs surfaces / Namiki A., Katoh K., Yamashita Y., Matsumoto Y., Amano H., Akasaki I. // J. Appl. Phys. 1991. Vol. 70, № 6. P. 3268-3274.

88. Velocity analysis of ablated particles in pulsed laser deposition of NiO film / Tasaka Y., Kuroda H., Tanaka M., Usami S. // Thin Solid Films. 1996. Vol. 281/282, № 1/2. P. 441-444.

89. Willmott P. R., Huber J. R. Pulsed laser vaporization and deposition // Rev. Mod. Phys. 2000. Vol. 72, № i. p. 315-328.

90. Pulsed laser deposition (PLD) an advanced state for technical applications / Dietsch R., Holz Th., Mai H., Panzner M., Vollmar S. // Opt. Quant Electr. 1995. Vol. 27, № 12. P. 1385-1396.

91. Ready J. F. Effects of high power laser radiation. London : Academic, 1971. 468 p.

92. Witke Т., Ziegele H. Plasma state in pulsed arc, laser and electron deposition // Surf. Coat. Technol. 1997. Vol. 97, № 1/3. P. 414-419.r 7

93. Буримов В. H., Жерихин А. Н., Попков В. JI. Скоростное распределение ионов Ва+ в плазме, возникающей при лазерной абляции высокотемпературной сверхпроводящей мишени // Квант, электроника.1995. Т. 22, № п. с. 1096-1098.

94. Влияние длины волны лазерного излучения на энергетический состав эрозионной плазмы / Агеев В. П., Ахсахалян А. Д., Гапонов С. В., Горбунов А. А., Конов В. И., Лучин В. И. // ЖТФ. 1988. Т. 58, вып. 5. С. 930-935.

95. Аномальный эффект холла в пленках, сильно легированных Мп / Николаев С. Н., Аранзон Б. А., Рыльков В. В., Тугушев В. В., Демидов Е. С., Левчук С. А., Лесников В. П., Подольский В. В., Гареев Р. Р. // Письма ЖЭТФ. 2009. Т. 89, вып. 12. С. 707-712.

96. High-temperature ferromagnetism in laser-deposited layers of silicon and germanium doped with manganese or iron impurities / Demidov E. S., Aronzon B. A., Gusev S. N., Karzanov V. V., Lagutin A. S., Lesnikov V. P., Levchuk S.

97. A., Nikolaev S. N., Perov N. S., Podolskii V. V., Rylkov V. V., Sapozhnikov M. V., Lashkul A. V. // J. Magn. Magn. Mat. 2009. Vol. 321, № 7. P. 690-694.

98. Leboenf J. N., Chen К. R. Modeling of dynamical processes in laser ablation // Appl. Surf. Sci. 1996. Vol. 14. P. 96-98.

99. An investigation of erosion plume emission spectra at laser ablation of metallic targets in vacuum / Novodvorsky O. A., Khramova O. D., Filippova E. O., Sagdeev R. Ya., Shevelev A. K., Bartha J. W., Wenzel C. // SPIE Proc. 2001. Vol. 4644. P. 58-63.

100. Above room temperature ferromagnetism in Mn-ion implanted Si / Bolduc M., Awo-Affouda C., Stollenwerk A., Huang M. В., Ramos F. G., Agnello G., LaBella V. P. // Phys. Rev. B. 2005. Vol. 71, № 3. P. 033302.

101. Pulsed laser deposition of photosensitive a-Si thin films / Yasuda S., Chikyow Т., Inoue S., Matsuki N., Miyazaki K., Nishio S., Kakihana M., Koinuma H. // Appl. Phys. A. 1999. Vol. 69, № 7. P. S925-S927.

102. Гапонов С. В., Гудков А. А., Фраерман А. А. Процессы в эрозионной плазме при лазерном вакуумном напылении пленок. 1П. Конденсация в газовых потоках при лазерном испарении материалов // ЖТФ. 1982. Т. 52, вып. 9. С. 1843-1848.

103. Франк-Каменецкий Д. А. Лекции по физике плазмы. 3-е изд. Долгопрудный : ИД «Интеллект», 2008. 280 с.

104. Study of ion activation in the in situ low-temperature laser deposition of superconducting YBa2Cu307-5 films / Mukherjee P., Sakthivel P., Ahmed K., Witanachchi S. //J. Appl. Phys. 1993. Vol. 74, № 2. P. 1205.

105. Повышение температуры лазерной плазмы при двухчастотном УФ ИК воздействии на металлические мишени / Антипов А. А., Грасюк А. 3., Ефимовский С. В. и др. // Квант, электроника. 1998. Т. 25, № 1. С. 31- 35.

106. Ion kinetic energy control in cross-beam pulsed laser ablation on graphite targets / Sanchez Ake C., Sobral H., Ramos-Alvarez P., Lemen C., Villagran-Muniz M. // J. Phys.: Conf. Ser. 2007. Vol. 59. P. 728-731.

107. Pulsed laser deposition of metals in various inert gas atmospheres / Scharf Т., Faupel J., Sturm K., Krebs H.-U. // Appl. Phys. A. 2004. Vol. 79. P. 1587-1589.

108. Взаимодействие сгустков лазерной плазмы / Бегимкулов У. Ш., Брюнеткин Б. А., Дякин В. М., Колдашов Г. А., Репин А. Ю., Ступицкий Е. Л., Фаенов А. Я. // Квант, электроника. 1991. Т. 18, № 7. С. 877-881.

109. The erosive laser plume ions component researches at the silicon ablation in vacuum / Khaydukov E. V., Rocheva V. V., Lotin A. A., Novodvorsky O. A., Panchenko V. Ya. // Fizika. 2010. Vol. XVI. P. 29-32.

110. Roldan Guenya В., Doi М., Keune W. Epitaxial growth and interfacial structure of Sn on Si(l 1 l)-(7x7) // Surf. Sci. 2002. Vol. 506. P. 33-46.

111. Rockwell G. P., Dahn J. R. Sn-based roughness gradients for high-throughput screening // Thin Solid Films. 2008. Vol. 516. P. 7361-7365.

112. Огнев А. В., Самардак А. С. Спинтроника: физические принципы, устройства, перспективы // Вестник ДВО РАН. 2006. № 4. С. 70-80.

113. Zutic I., Fabian J., Das Sarma S. Spintronics: Fundamentals and applications // Reviews of modern physics. 2004. Vol. 76. P. 323-410.

114. Heinrich В., Monchesky Т., Urban R. Role of interfaces in higher order angular terms of magnetic anisotropies: ultrathin film structures // J. Magn.

115. Magn. Mater. 2001. Vol. 236. P. 339-346.i

116. Chuev M. A. Mossbauer spectra of magnetic nanoparticles in the model of continuous diffusion and precession of uniform magnetization // JETP Letters. 2006. Vol. 83, № 12. P. 572-577.

117. FeSi diffusion barriers in Fe/FeSi/Si/FeSi/Fe multilayers and oscillatory antiferromagnetic exchange coupling / Stromberg F., Bedanta S., Antoniak C., Keune W., Wende H. // J. Phys.: Condens. Matter. 2008. Vol. 20, 425205.

118. Structural asymmetry of Si/Fe and Fe/Si interface in Fe/Si multilayers / Naik S. R., Rai S., Tiwari M. K., Lodha G. S. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. Vol. 41. P. 115307.i

119. Characterizatuon of Si/Fe multilaers by electron spectroscopy and small-angle X-ray scattering / Parshin A. S., Varnakov S. N., Lepeshev A. A., Rafaja D., Kalvoda L., Ovchinnikov S. G. // Phys. Met. Metall. 2006. Vol. 101, № 1. P. 7880.

120. Влияние мощности, переносимой атомарным пучком, на формирование границы раздела Fe/Si (111)7x7 / Плюснин Н. И., Ильященко В. М., Крылов С. В., Китань С. А. // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, вып. 11. С. 79-86.